1. 发展历程小故事

  1. 很久很久以前，Web 基本上就是文档的浏览而已， 既然是浏览，作为服务器， 不需要记录谁在某一段时间里都浏览了什么文档，每次请求都是一个新的HTTP协议， 就是请求加响应， 尤其是我不用记住是谁刚刚发了HTTP请求， 每个请求对我来说都是全新的。
  2. 但是随着交互式Web应用的兴起，像在线购物网站，需要登录的网站等等，马上就面临一个问题，那就是要管理会话，必须记住哪些人登录系统， 哪些人往自己的购物车中放商品， 也就是说我必须把每个人区分开，这就是一个不小的挑战，因为HTTP请求是无状态的，所以想出的办法就是给大家发一个会话标识(session id), 说白了就是一个随机的字串，每个人收到的都不一样， 每次大家向我发起HTTP请求的时候，把这个字符串给一并捎过来， 这样我就能区分开谁是谁了。
  3. 这样大家很嗨皮了，可是服务器就不嗨皮了，每个人只需要保存自己的session id，而服务器要保存所有人的session id ！ 如果访问服务器多了， 就得由成千上万，甚至几十万个。

  • 这对服务器说是一个巨大的开销 ， 严重的限制了服务器扩展能力， 比如说我用两个机器组成了一个集群， 小F通过机器A登录了系统， 那session id会保存在机器A上， 假设小F的下一次请求被转发到机器B怎么办？ 机器B可没有小F的 session id啊。

  • 有时候会采用一点小伎俩： session sticky ， 就是让小F的请求一直粘连在机器A上， 但是这也不管用， 要是机器A挂掉了， 还得转到机器B去。

  • 那只好做session 的复制了， 把session id 在两个机器之间搬来搬去， 快累死了。
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  • 后来有个叫Memcached的支了招： 把session id 集中存储到一个地方， 所有的机器都来访问这个地方的数据， 这样一来，就不用复制了， 但是增加了单点失败的可能性， 要是那个负责session 的机器挂了， 所有人都得重新登录一遍， 估计得被人骂死。
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  • 也尝试把这个单点的机器也搞出集群，增加可靠性， 但不管如何， 这小小的session 对我来说是一个沉重的负担

  1. 于是有人就一直在思考， 我为什么要保存这可恶的session呢， 只让每个客户端去保存该多好？

  • 可是如果不保存这些session id , 怎么验证客户端发给我的session id 的确是我生成的呢？ 如果不去验证，我们都不知道他们是不是合法登录的用户， 那些不怀好意的家伙们就可以伪造session id , 为所欲为了。

  • 嗯，对了，关键点就是验证 ！

  • 比如说， 小F已经登录了系统， 我给他发一个令牌(token)， 里边包含了小F的 user id， 下一次小F 再次通过Http 请求访问我的时候， 把这个token 通过Http header 带过来不就可以了。

  • 不过这和session id没有本质区别啊， 任何人都可以可以伪造， 所以我得想点儿办法， 让别人伪造不了。

  • 那就对数据做一个签名吧， 比如说我用HMAC-SHA256 算法，加上一个只有我才知道的密钥， 对数据做一个签名， 把这个签名和数据一起作为token ， 由于密钥别人不知道， 就无法伪造token了。
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  • 这个token 我不保存， 当小F把这个token 给我发过来的时候，我再用同样的HMAC-SHA256 算法和同样的密钥，对数据再计算一次签名， 和token 中的签名做个比较， 如果相同， 我就知道小F已经登录过了，并且可以直接取到小F的user id , 如果不相同， 数据部分肯定被人篡改过， 我就告诉发送者： 对不起，没有认证。
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  • Token 中的数据是明文保存的（虽然我会用Base64做下编码， 但那不是加密）， 还是可以被别人看到的， 所以我不能在其中保存像密码这样的敏感信息。

  • 当然， 如果一个人的token 被别人偷走了， 那我也没办法， 我也会认为小偷就是合法用户， 这其实和一个人的session id 被别人偷走是一样的。

  • 这样一来， 我就不保存session id 了， 我只是生成token , 然后验证token ， 我用我的CPU计算时间获取了我的session 存储空间 ！

  • 解除了session id这个负担， 可以说是无事一身轻， 我的机器集群现在可以轻松地做水平扩展， 用户访问量增大， 直接加机器就行。 这种无状态的感觉实在是太好了！

2.1 什么是Cookie

  • Cookie翻译成中文的意思是‘小甜饼’，是由W3C组织提出，最早由Netscape社区发展的一种机制。目前Cookie已经成为标准，所有的主流浏览器如IE、Netscape、Firefox、Opera等都支持Cookie。
  • 服务器单从网络连接上无从知道客户身份。怎么办呢？就给客户端们颁发一个通行证吧，每人一个，无论谁访问都必须携带自己通行证。这样服务器就能从通行证上确认客户身份了。这就是Cookie的工作原理。
  • Cookie是客户端保存用户信息的一种机制，用来记录用户的一些信息，也是实现Session的一种方式。Cookie存储的数据量有限，且都是保存在客户端浏览器中。不同的浏览器有不同的存储大小，但一般不超过4KB。因此使用Cookie实际上只能存储一小段的文本信息（key-value格式）。

2.2 Cookie的机制

  1. 当用户第一次访问并登录一个网站的时候，cookie的设置以及发送会经历以下4个步骤：
  • 客户端发送一个请求到服务器；
  • 服务器发送一个HttpResponse响应到客户端，其中包含Set-Cookie的头部；
  • 客户端保存cookie，之后向服务器发送请求时，HttpRequest请求中会包含一个Cookie的头部；
  • 服务器返回响应数据。
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2.3 Cookie的应用

  • Cookies最典型的应用是判定注册用户是否已经登录网站，用户可能会得到提示，是否在下一次进入此网站时保留用户信息以便简化登录手续，这些都是Cookies的功用。另一个重要应用场合是“购物车”之类处理。用户可能会在一段时间内在同一家网站的不同页面中选择不同的商品，这些信息都会写入Cookies，以便在最后付款时提取信息。

3. Session

3.1 什么是Session

  • 在WEB开发中，服务器可以为每个用户浏览器创建一个会话对象（session对象），注意：一个浏览器独占一个session对象(默认情况下)。因此，在需要保存用户数据时，服务器程序可以把用户数据写到用户浏览器独占的session中，当用户使用浏览器访问其它程序时，其它程序可以从用户的session中取出该用户的数据，为用户服务。

3.2 Session实现原理

  • 服务器创建session出来后，会把session的id号，以cookie的形式回写给客户机，这样，只要客户机的浏览器不关，再去访问服务器时，都会带着session的id号去，服务器发现客户机浏览器带session id过来了，就会使用内存中与之对应的session为之服务。

4. Token

4.1 什么是Token

  • token的意思是“令牌”，是服务端生成的一串字符串，作为客户端进行请求的一个标识。
  • 当用户第一次登录后，服务器生成一个token并将此token返回给客户端，以后客户端只需带上这个token前来请求数据即可，无需再次带上用户名和密码。
  • 简单token的组成；uid(用户唯一的身份标识)、time(当前时间的时间戳)、sign（签名，token的前几位以哈希算法压缩成的一定长度的十六进制字符串。为防止token泄露）。

4.2 Token的身份验证流程及原理

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  1. 客户端使用用户名跟密码请求登录
  2. 服务端收到请求，去验证用户名与密码
  3. 验证成功后，服务端会签发一个 token 并把这个 token 发送给客户端
  4. 客户端收到 token 以后，会把它存储起来，比如放在 cookie 里或者 localStorage 里
  5. 客户端每次向服务端请求资源的时候需要带着服务端签发的 token
  6. 服务端收到请求，然后去验证客户端请求里面带着的 token ，如果验证成功，就向客户端返回请求的数据

4.3 基于Token 的身份验证

  • 例如， 小明已经登录了系统，服务端给他发一个令牌(Token)， 里边包含了小明的 user id， 后续小明再次通过 Http 请求访问服务器的时候， 把这个 Token 通过 Http header 带过来不就可以了。

  • 服务端需要验证 Token是自己生成的，而非伪造的。假如不验证任何人都可以伪造，那么这个令牌(token)和 session id没有本质区别，如何让别人伪造不了?那就对数据做一个签名(Sign)吧， 比如说服务端用 HMAC-SHA256 加密算法，再加上一个只有服务端才知道的密钥， 对数据做一个签名， 把这个签名和数据一起作为 Token 发给客户端， 客户端收到 Token 以后可以把它存储起来，比如存储在 Cookie 里或者 Local Storage 中，由于密钥除了服务端任何其他用户都不知道， 就无法伪造令牌(Token)。
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  • 如此一来，服务端就不需要保存 Token 了， 当小明把这个Token发给服务端时，服务端使用相同的HMAC-SHA256 算法和相同的密钥，对数据再计算一次签名， 和 Token 中的签名做个对比， 如果相同，说明小明已经登录过了， 即验证成功。若不相同， 那么说明这个请求是伪造的。
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  • 这样一来， 服务端只需要生成 Token，而不需要保存Token， 只是验证Token就好了 ，也就实现了时间换取空间(CPU计算时间换取session 存储空间)。没了session id 的限制， 当用户访问量增大， 直接加机器就可以轻松地做水平扩展，也极大的提高了可扩展性。

4.4 Refresh Token

  • 另外一种 token——refresh token

  • refresh token 是专用于刷新 access token 的 token。如果没有 refresh token，也可以刷新 access token，但每次刷新都要用户输入登录用户名与密码，会很麻烦。有了 refresh token，可以减少这个麻烦，客户端直接用 refresh token 去更新 access token，无需用户进行额外的操作。
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  • Access Token 的有效期比较短，当 Acesss Token 由于过期而失效时，使用 Refresh Token 就可以获取到新的 Token，如果 Refresh Token 也失效了，用户就只能重新登录了。

  • Refresh Token 及过期时间是存储在服务器的数据库中，只有在申请新的 Acesss Token 时才会验证，不会对业务接口响应时间造成影响，也不需要向 Session 一样一直保持在内存中以应对大量的请求。

4.5 Token的优缺点

  1. 优点：
  • 支持跨域访问: Cookie是不允许垮域访问的，token支持；
  • 无状态： token无状态，session有状态的；
  • 去耦: 不需要绑定到一个特定的身份验证方案。Token可以在任何地方生成，只要在 你的API被调用的时候， 你可以进行Token生成调用即可；
  • 更适用于移动应用: Cookie不支持手机端访问的；
  • 性能: 在网络传输的过程中，性能更好；
  • 基于标准化: 你的API可以采用标准化的 JSON Web Token (JWT). 这个标准已经存在 多个后端库（.NET, Ruby, Java,Python, PHP）和多家公司的支持（如： Firebase,Google, Microsoft）。
  1. 缺点：
  • 占带宽，正常情况下要比 session_id 更大，需要消耗更多流量，挤占更多带宽，假如你的网站每月有 10 万次的浏览器，就意味着要多开销几十兆的流量。听起来并不多，但日积月累也是不小一笔开销。实际上，许多人会在 JWT 中存储的信息会更多；
  • 无法在服务端注销，那么久很难解决劫持问题；
  • 性能问题，JWT 的卖点之一就是加密签名，由于这个特性，接收方得以验证 JWT 是否有效且被信任。但是大多数 Web 身份认证应用中，JWT 都会被存储到 Cookie 中，这就是说你有了两个层面的签名。听着似乎很牛逼，但是没有任何优势，为此，你需要花费两倍的 CPU 开销来验证签名。对于有着严格性能要求的 Web 应用，这并不理想，尤其对于单线程环境。

5. cookie和session的区别

  1. cookie数据存放在客户的浏览器上，session数据放在服务器上。
  2. cookie不是很安全，别人可以分析存放在本地的COOKIE并进行COOKIE欺骗，考虑到安全应当使用session。
  3. session会在一定时间内保存在服务器上。当访问增多，会比较占用你服务器的性能，考虑到减轻服务器性能方面，应当使用COOKIE。
  4. 单个cookie保存的数据不能超过4K，很多浏览器都限制一个站点最多保存20个cookie。
  5. Cookie 可设置为长时间保持，比如我们经常使用的默认登录功能，Session 一般失效时间较短，客户端关闭（默认情况下）或者 Session 超时都会失效。
  6. 所以个人建议：
  • 将登陆信息等重要信息存放为SESSION
  • 其他信息如果需要保留，可以放在COOKIE中

6. token和session的区别

  1. session和oauth token并不矛盾，作为身份认证token安全性比session好，因为每个请求都有签名还能防止监听以及重放攻击，而session就必须靠链路层来保障通讯安全了。如上所说，如果你需要实现有状态的会话，仍然可以增加session来在服务器端保存一些状态。
  2. App通常用restful api跟server打交道。Rest是stateless的，也就是app不需要像browser那样用cookie来保存session,因此用session token来标示自己就够了，session/state由api server的逻辑处理。如果你的后端不是stateless的rest api,那么你可能需要在app里保存session.可以在app里嵌入webkit,用一个隐藏的browser来管理cookie session.
  3. Session是一种HTTP存储机制，目的是为无状态的HTTP提供的持久机制。所谓Session认证只是简单的把User信息存储到Session里，因为SID的不可预测性，暂且认为是安全的。这是一种认证手段。
  4. 而Token，如果指的是OAuth Token或类似的机制的话，提供的是认证和授权 ，认证是针对用户，授权是针对App。其目的是让某App有权利访问 某用户 的信息。这里的Token是唯一的。不可以转移到其它App上，也不可以转到其它用户上。
  5. Session只提供一种简单的认证，即有此SID，即认为有此User的全部权利。是需要严格保密的，这个数据应该只保存在站方，不应该共享给其它网站或者第三方App。所以简单来说，如果你的用户数据可能需要和第三方共享，或者允许第三方调用API接口，用Token。如果永远只是自己的网站，自己的App，用什么就无所谓了。
  6. token就是令牌，比如你授权（登录）一个程序时，他就是个依据，判断你是否已经授权该软件；cookie就是写在客户端的一个txt文件，里面包括你登录信息之类的，这样你下次在登录某个网站，就会自动调用cookie自动登录用户名；session和cookie差不多，只是session是写在服务器端的文件，也需要在客户端写入cookie文件，但是文件里是你的浏览器编号.Session的状态是存储在服务器端，客户端只有session id；而Token的状态是存储在客户端。

7. 打破误解

“只要关闭浏览器 ，session就消失了”？

  • 不对。对session来说，除非程序通知服务器删除一个session，否则服务器会一直保留，程序一般都是在用户做log off的时候发个指令去删除session。
  • 然而浏览器从来不会主动在关闭之前通知服务器它将要关闭，因此服务器根本不会有机会知道浏览器已经关闭，之所以会有这种错觉，是大部分session机制都使用会话cookie来保存session id，而关闭浏览器后这个session id就消失了，再次连接服务器时也就无法找到原来的session。如果服务器设置的cookie被保存在硬盘上，或者使用某种手段改写浏览器发出的HTTP请求头，把原来的session id发送给服务器，则再次打开浏览器仍然能够打开原来的session.
  • 恰恰是由于关闭浏览器不会导致session被删除，迫使服务器为session设置了一个失效时间，当距离客户端上一次使用session的时间超过这个失效时间时，服务器就可以以为客户端已经停止了活动，才会把session删除以节省存储空间。